DE69701386T2

DE69701386T2 - Überdeckendes substrat zum schutz von elektronischen einrichtungen in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE69701386T2
Application number: DE69701386T
Authority: DE
Inventors: Zachary Glovatsky; Myron Lemacha; Joseph Sinkunas; George Todd
Original assignee: Ford Werke GmbH; Ford Motor Co Ltd; Ford Motor Co
Current assignee: Ford Werke GmbH; Ford Motor Co Ltd
Priority date: 1996-05-03
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: US5715140A; CA2252884A1; EP0897351B1; DE69701386D1; WO1997042060A1; EP0897351A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung elektronischer Geräte in einem Fahrzeug und insbesondere auf einem Substrat, das angepaßt ist, um auf einem Lüftungskanal oder einer anderen Plastik-Stützkonstruktion - wie zum Beispiel einer Türfüllung, einem Armaturenbrett oder einem Montagekasten zum Tragen elektronischer Geräte - aufgelegt zu werden.
Typischerweise sind die unter dem Armaturenbrett eines Fahrzeugs aufbewahrten elektronischen Geräte auf einem dünnen Substrat (Schaltkarte) montiert, das von einem Metallkasten oder einem Gehäuse umschlossen ist, wobei Kabelbündel (Kabelbaum) in den Metallkasten hinein und aus ihm heraus verlaufen. Der Metallkasten muß an einer Stützkonstruktion unterhalb des Armaturenbretts befestigt und in einer geeigneten Stellung gehalten werden, vorzugsweise hinter dem Deckring der Mittel-Baugruppe des Armaturenbretts, um dem Temperaturregler und der Musikanlage des Fahrzeugs - ebenso wie anderen elektronischen Bauteilen des Armaturenbretts, wie etwa dem Antiblockier-Bremsmodul, dem EEC-Motorregelmodul, dem Air-Bag Modul usw. - eine Elektronik-Abstützung bereitzustellen.
Dieser Aufbau kann unter dem Armaturenbrett einen beträchtlichen Raum in Anspruch nehmen. Der sperrige Metallkasten mit den sich daraus erstreckenden Kabelbündeln wird einen wesentlichen Platzbedarf haben und die Effizienz des Montagedesigns im Fahrzeug nachteilig beeinflussen. Weiterhin erhöht der Metallkasten die Herstellungskosten und das Fahrzeuggewicht.
In EP 0467151A1 wird ein Kastenholm eines elektrischen Flurförderzeugs beschrieben, der eine Pulssteuerung und Hilfshydraulik- und Hilfssteuer-Motoren beherbergt. Die Pulssteuerung weist hitzeabstrahlende Bauteile auf, welche in einem gekapselten Gehäuse installiert sind, das einen Metalltrog umfaßt, der von einer Abdeckung abgetrennt wird. Die Pulssteuerung ist an dem Metalltrog befestigt.
Es ist wünschenswert eine Vorrichtung zur Aufbewahrung derartiger elektronischer Geräte unter dem Armaturenbrett-Aufbau auf eine Art und Weise bereitzustellen, in der die Montageeffizienz verbessert wird und die Herstellungskosten und das Gewicht verringert werden.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung stellen wir eine Vorrichtung zur Befestigung elektronischer Geräte in einem Fahrzeug bereit, wobei das Fahrzeug eine Plastik- Stützkonstruktion einschließt, die eine profilierte Oberfläche aufweist, und wobei die Vorrichtung einschließt: ein zum Tragen elektronischer Geräte hierauf angepaßtes Abdecksubstrat, das weiterhin angepaßt ist um diese Plastik-Stützkonstruktion abzudecken und an dieser befestigt zu werden; wobei dieses Abdecksubstrat aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, das zu einer Biegung oder thermischen Formung in der Lage ist, um dem Profil der Stützkonstruktion zu entsprechen.
Die Unterlage kann entweder vor oder nach dem Anbringen der elektronischen Geräte daran gebogen werden, und wird so gegen die äußere Oberfläche des Kanals gelegt, daß die Montageeffizienz unter dem Armaturenbrett des Fahrzeugs verbessert wird. Spezieller stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Befestigung elektronischer Geräte in einem Fahrzeug bereit, die einen Lüftungskanal zur Förderung von Luft in dem Fahrzeug umfaßt. Der Lüftungskanal schließt eine äußere Oberfläche ein. Ein Abdecksubstrat wird auf die äußere Oberfläche aufgelegt und daran befestigt. Das Abdecksubstrat ist biegefähig, um an das Profil der äußeren Oberfläche zu passen, und ist zum Tragen elektronischer Geräte darauf angepaßt.
In einer bevorzugten Ausführung umfaßt der Kanal eine hierin gebildete Öffnung, und das Substrat umfaßt ein daran befestigtes metallenes Abstrahlblech, um mit der Öffnung zusammenwirkend Hitze von den elektronischen Geräten in den Kanal zu dissipieren.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Abb. 1 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Explosionsansicht eines Lüftungskanals mit einer Vielzahl von darauf befestigten Abdecksubstraten im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Abb. 2 eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht eines Abdecksubstrates zeigt, das - im Einklang mit der vorliegenden Erfindung, wie in Abb. 1 gezeigt - mit einem Befestigungsdorn an einem Lüftungskanal befestigt ist;
Abb. 3 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Explosionsansicht von an einem Abdecksubstrat befestigter Oberflächen-Verdrahtungstechnik einschließlich Einpreß-Steckerstiften zeigt, die sich für eine elektrische Verbindung mit auf dem Substrat und dem Lüftungskanal angebrachten Leitungen durch das Abdecksubstrat erstrecken; und
Abb. 4 eine teilweise aufgeschnittene, vertikale Querschnitts-Explosionsansicht eines an einem Lüftungskanal befestigten Abdecksubstrates einschließlich eines metallenen Abstrahlblechs im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
Abb. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Explosionsansicht eines Lüftungskanals 10, der Abdecksubstrate 12, 14 trägt. Die Abdecksubstrate 12, 14 schließen die daran befestigten elektronischen Geräte 16 ein.
Dieser Entwurf ist kostensparender und in der Herstellung effizienter als die Methode nach dem bisherigen Stands der Technik, elektronische Geräte in einem unter dem Armaturenbrett-Aufbau befestigten Metallkasten aufzubewahren. Er ist auch effizienter als das direkte Befestigen der elektronischen Geräte an dem Kanal. Diese Erfindung entkoppelt die Herstellungs-, Material- und Bauteilkosten von dem Hauptkanal- oder Armaturenbrett-Aufbau hin zum Abdecksubstrat. Das Abdecksubstrat schließt die Mehrzahl der elektronischen Merkmale und der Mehrwert-Montagekosten ein. Dieses Merkmal ist wegen Fragen der Prozessabfallprodukt- und Verschrottungskosten wichtig, die auftreten könnten, wenn die Elektronik fest mit dem Hauptkanal verbunden wäre. Indem die Elektroniken körperlich von dem Hauptkanal entkoppelt und auf das Abdecksubstrat übertragen werden - das einfacher zu handhaben, zusammenzubauen und zu warten ist - werden die Verschrottungs- und Abfallprobleme auf das Substrat übertragen. Das Abdecksubstrat 12, 14 kann dann in einer solchen Art und Weise körperlich an dem Kanal 10 befestigt werden, daß es leicht entfernt werden kann, aber die Vorteile des Basiskanals oder der mechanischen Abstützung, der elektrischen Verbindung miteinander und des Wärmemanagements genutzt werden. Der Lüftungskanal 10 umfaßt an einem entfernten Ende desselben weiterhin einen Schieber 18 zur Verbindung mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs.
Das Abdecksubstrat 12, 14 kann aus verschiedenen erwünschten Werkstoffen hergestellt werden, um Werkstoffeigenschaften wie die CTE (Coefficient of Thermal Expansion, Wärmeausdehnungszahl), HDT (Heat Deflection Temperature; Wärmedurchbiegungs-Temperatur) und andere Eigenschaften zu kontrollieren, während die Kosten verringert werden. Indem die Eigenschaften des Substrates kontrolliert werden, kann die Verläßlichkeit des Zusammenbaus verbessert werden. Zusätzlich können traditionellere Schaltkarten-Werkstoffe wie zum Beispiel FR-4 (Fire Retardant-4 (Flammhemmer-4) - in der Wärme ausgehärteter Epoxydkunststoff) als Substratwerkstoff verwendet werden. Das Verformen der Substrate zur Anpassung an das Profil des Kanals 10 kann durch mechanisches Verbiegen oder thermisches Verformen erreicht werden.
Wenn traditionelle Schaltkarten-Werkstoffe verwendet werden, können diese starr oder biegsam sein. Beispielsweise kann dünnes FR-4 verbogen werden und an dem Basis- Kanalwerkstück befestigt werden. Das dünne FR-4 kann, solange es eben ist, mit elektronischen Geräten bestückt werden und - während oder vor der Befestigung an dem Kanalwerkstück oder einem anderen Aufbau - strategisch verbogen werden. Andere thermisch verformbare Substratwerkstoffe, wie zum Beispiel TPO (thermoplastische Polyolefinmischungen), können bestückt werden, wenn sie noch eben sind, und dann an das Kanalwerkstück oder die Kanalanordnung angepaßt werden. Andere wünschenswert zu verwendende Werkstoffe könnten ABS, Polypropylen, Polystyrol, PPO (Polyphenylenoxid), Nylon 6, Nylon 6.6, Polyethylenterephthalat (PET) sein, und gelegentlich können Füllstoffe, wie zum Beispiel Glasfaser, Talk oder Glaskugeln, verwendet werden.
Der Schaltplan wird so bereitgestellt werden, daß Geräte vorzugsweise von Biegungsbereichen weg angebracht werden, so daß in solchen Bereichen nur die Bildung von Stromspuren gestattet ist. Die Belastung und körperliche Krümmung der gebildeten Biegungsbereiche des Substrates schließt die Anordnung elektronischer Bauteile in diesen Bereichen aus. Es sollten nur hochplastische Kupferspuren verwendet werden, da diese gezogen und gebogen werden können, um sich an die darunterliegenden Oberflächen anzupassen.
Die Verbindung des Abdecksubstrates 12, 14 mit dem Lüftungskanal 10 wird durch mechanische Halterungen erreicht. Die Befestigung kann durch Einrastvorrichtungen bewerkstelligt werden, die in das Substrat 12, 14 und den Kanal 10 eingeformt würden, wie es in Abb. 2 gezeigt wird. Abb. 2 zeigt einen Befestigungsdom 20, der sich zur Aufnahme in einer - in dem Abdecksubstrat 12 gebildeten Befestigungsöffnung 22 - von dem Lüftungskanal 10 aus erstreckt, um das Substrat 12 an dem Kanal 10 zu befestigen. Alternativ könnten traditionellere Verbindungselemente, wie zum Beispiel Schrauben, benutzt werden.
Unter Bezugnahme auf Abb. 3 können elektrische Verbindungen zwischen den Substraten 12, 14 und dem Kanal 10 durch in dem Kanal montierte Einpreß- Steckerstifte 24, 26 erreicht werden. Die Einpreß-Steckerstifte 24, 26 umfassen jeweils die zusammendrückbaren Ösen 28, 30, die innerhalb von Kanalöffnungen 32 zusammengedrückt werden können. Die durch die Ösen 28, 30 bereitgestellte mechanische Kraft stellt nicht nur robuste elektrische Verbindungen zwischen den Leitungen 34, 36 und jeweils der Oberflächenverdrahtung 38, 40 bereit, sondern liefert auch eine mechanische Kraft, die dazu beiträgt das Substrat an dem Kanal 10 zu befestigen. Andere elektrische Verbindungen, wie zum Beispiel feste elektrische Kabelverbindungen, biegsame Leitungen, Kantenverbinder und Lötung können auch verwendet werden. Die getrennten Substrate 12, 14 steigern weiterhin die Flexibilität der Herstellung und des Zusammenbaus. Die Abdecksubstrate 12, 14 können parallel zur Herstellung des Armaturenbrettes verarbeitet und bestückt werden. Die Substrate können als Module behandelt werden, welche dann in den Hauptkanal 10 eingesteckt werden. Die Größe und Form jedes Abdecksubstrates kann so entworfen werden, daß die effizienteste Methode zur Montage der Elektronik bereitgestellt wird.
Wie in Abb. 4 gezeigt, kann das Abdecksubstrat 14 auch den untergelagerten Kanal 10 zur Hitzeabstrahlung nutzen. Wie in Abb. 4 gezeigt, schließt das Substrat 14 die elektronischen Geräte 16 ein, die auf einer ersten Oberfläche 42 montiert sind, und ein metallenes Abstrahlblech 46, das auf einer zweiten Oberfläche 44 des Abdecksubstrates 14 montiert ist. Das metallene Abstrahlblech wird in thermischer Verbindung mit den elektronischen Geräten 16 bereitgestellt. In dem Kanal 10 wird zum Zusammenwirken mit dem metallenen Abstrahlblech 46 eine zugehörige Öffnung 48 gebildet. Der wärmeleitende Klebstoff 50 wird zwischen dem Substrat 14 und dem Kanal 10 bereitgestellt, um das Substrat 14 an dem Kanal 10 zu befestigen. Der Klebstoff stellt sehr guten thermischen Kontakt zwischen dem Substrat und dem metallenen Abstrahlblech sicher und dichtet auch jede Kanalöffnung ab. Während sich Luft durch den Kanal 10 bewegt, fördert sie Hitze von dem metallenen Abstrahlblech 46 weg und kühlt so konvektiv die elektronischen Geräte 16.
Das Wärmemanagement kann auch bewerkstelligt werden, indem das Abdecksubstrat um eine Metallplatte geformt wird, die in dem Kanal geformt oder mit der Kanalbasis verbunden sein kann. Dieses Abdecksubstrat kann entweder auf der äußeren Oberfläche des Kanals befestigt sein oder ein Loch ähnlicher Größe abdecken, das in dem Kanal gebildet ist. Sollte das Substrat über ein in dem Kanal gebildetes Loch gelegt werden, wäre es vorzugsweise ein FR-4 (wärmeausgehärteter) Werkstoff.
Das Substrat 12, 14 könnte Stärken umfassen, die von ungefähr 0,002 Zoll bis ungefähr 0,200 Zoll variieren, abhängig von der strukturellen Integrität, die für die spezifische Anwendung benötigt wird.
Der Kanal könnte aus billigen Werkstoffen, wie etwa Polyethylen - anstatt aus ABS und SMA - konstruiert sein, und der Kanal könnte durch Blasformen anstatt durch Spritzguß geformt werden. Zusätzlich kann der Kanal mit variierenden Steifigkeiten hergestellt werden, das heißt mit verschiedenen Bereichen erhöhter oder vermindeter Polymerstärke, um Bereiche bereitzustellen, welche die mechanisch ineinander greifenden Merkmale und die elektrischen Verbindungen miteinander tragen.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur Befestigung elektronischer Geräte in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Plastik-Stützkonstruktion (10) mit einer profilierten Oberfläche umfaßt und wobei die Vorrichtung umfaßt: ein Abdecksubstrat (12, 14), das zum Tragen von elektronischen Geräten (16) angepaßt ist und weiterhin angepaßt ist, über die Plastik-Stützkonstruktion (10) gelegt zu werden und an dieser befestigt zu werden, wobei dieses Abdecksubstrat (12, 14) aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, das zu einer Verbiegung oder thermischen Verformung in der Lage ist, um an das Profil der Stützkonstruktion(10) angepaßt zu werden.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, worin diese Plastik-Stützkonstruktion (10) einen Lüftungskanal umfaßt.

3. Eine Vorrichtung entweder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin dieses Substrat (12, 14) einen starren Werkstoff umfaßt.

4. Eine Vorrichtung entweder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin dieses Substrat (12, 14) einen formbaren, thermoplastischen Werkstoff umfaßt.

5. Eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Substrat (12, 14) erste (42) und zweite (44) Seiten umfaßt, wobei die erste Seite (42) angepaßt ist, elektronische Geräte (16) aufzunehmen, und die zweite Seite (44) ein metallenes Abstrahlblech (46) umfaßt, das daran befestigt ist und sich in einer durch den Kanal (10) gebildeten Öffnung (48) befindet, um Wärme von den elektronischen Geräten (16) in den Kanal (10) zu dissipieren.

6. Eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin dieses Substrat (12, 14) eine Mehrzahl von darin gebildeten Befestigungslöchern umfaßt, und diese Stützkonstruktion (10) eine Mehrzahl sich von dieser erstreckende Befestigungsdornen (20) für ein Zusammenwirken mit diesen Befestigungslöchern (22) umfaßt, um das Substrat (12, 14) an der Stützkonstruktion (10) zu befestigen.

7. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die umfaßt:

einen Lüftungskanal (10) mit einer äußeren Oberfläche zum Fördern von Luft in dem Fahrzeug, wobei dieser Kanal (10) weiterhin eine darin gebildete Öffnung (48) umfaßt und eine Mehrzahl sich von dort erstreckender Befestigungsdorne (20) aufweist;

ein biegsames oder thermisch verformbares Abdecksubstrat (12, 14), das auf diese äußere Oberfläche gelegt und an dieser befestigt ist, und zum Tragen elektrischer Geräte (16) angepaßt ist, wobei dieses Substrat weiterhin eine Vielzahl von darin gebildeten Befestigungslöchern (22) zum Zusammenwirken mit diesen Befestigungsdornen (20) umfaßt; und ein daran befestigtes metallenes Abstrahlblech (46) zum Zusammenwirken mit dieser Öffnung (48) aufweist, um Wärme von den elektronischen Geräten (16) in den Kanal (10) zu dissipieren.